煤的抽提過程中CS卿MP與煤中氫鍵作用的量子化學(xué)研究.pdf

1、煤炭是不可再生的重要化石資源，為了開發(fā)更加潔凈化的煤化工工藝和更充分地利用煤炭，對煤結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的研究十分重要。溶劑抽提是研究煤結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的有效方法之一。抽提溶劑通過破壞煤大分子相互間的弱作用力(主要是氫鍵作用力)，來獲得煤中小分子進(jìn)而對煤大分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。CS2/NMP(1：1，v/v)混合溶劑在常溫下對煤具有相對于其他溶劑或其他組合的混臺溶劑有明顯突出的抽提效果。
　　 目前，量子化學(xué)計(jì)算方法被廣泛應(yīng)用于煤的研究中，并且已經(jīng)

2、成為研究煤的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的有效工具。針對煤的特定屬性構(gòu)建相應(yīng)的模型進(jìn)行理論計(jì)算，能夠合理解釋相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)事實(shí)，并能夠?yàn)閷?shí)驗(yàn)提供較好的理論預(yù)測，進(jìn)而指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)。
　　 本論文依托已有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論計(jì)算結(jié)果、在保證主要化學(xué)特性的前提下，對溶劑抽提煤炭實(shí)際過程中的痕量NMP、純NMP溶劑和CS2/NMP(1：1，v/v)溶劑的量子化學(xué)模型進(jìn)行簡化，構(gòu)建了與之對應(yīng)的S-NMP、D-NMP和IM三種在量子化學(xué)計(jì)算上容易操作的溶劑模型。同時，對

3、煤中OH-N型、OH-ether O型、Cyclic OH型等三類氫鍵，通過量子化學(xué)計(jì)算方法對其與抽提溶劑的相互作用過程進(jìn)行理論研究，旨在探究和明確CS2/NMP(1：1，v/v)溶劑在煤的抽提過程中可以破壞的氫鍵類型和不能實(shí)現(xiàn)破壞作用的氫鍵類型，進(jìn)而對該混合溶劑具有高抽提率的微觀原因進(jìn)行探究。
　　 本文的主要結(jié)淪有：1)CS2/NMP(1：1，v/v)溶劑對煤中OH-ether O型和OH-N型氫鍵具有較強(qiáng)的破壞作用，它對煤

4、的高抽提效果主要是通過破壞煤大分子中這兩類氫鍵從而得以體現(xiàn);2)通過對比痕量NMP、純NMP和CS2/NMP(1：1，v/v)溶劑與OH-ether O型和OH-N型氫鍵作用的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，CS2加入到純NMP溶劑中起到了釋放NMP本身具有的破壞煤中這兩類氫鍵的能力的作用；3)煤大分子中含有的Cyclic OH型氧鍵結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，CS2/NMP(1：1，v/v)溶劑不能將該氫鍵破壞甚至削弱，這也是該溶劑沒有實(shí)現(xiàn)完全抽提的微觀原因之一。